Cara baru untuk membuat pasangan basa DNA telah ditemukan

Kesan artis tanah muda. Kredit: Laboratorium Pencitraan Konseptual Pusat Penerbangan Luar Angkasa Goddard NASA

Dalam pencarian asal-usul kimiawi kehidupan, para peneliti telah menemukan jalur alternatif yang mungkin untuk kemunculan karakteristik tersebut DNA pola: Menurut percobaan, karakteristik pasangan basa DNA dapat dibentuk dengan pemanasan kering, tanpa air atau pelarut lain. Tim yang dipimpin oleh Ivan Halasz dari Ruđer Bošković Institute dan Ernest Meštrović dari perusahaan farmasi Xellia mempresentasikan pengamatan mereka terhadap DESYSumber sinar-X PETRA III di majalah Komunikasi kimiawi.

“Salah satu pertanyaan paling menarik dalam pencarian asal usul kehidupan adalah bagaimana seleksi kimia terjadi dan bagaimana biomolekul pertama terbentuk,” kata Tomislav Stolar dari Institut Ruđer Bošković di Zagreb, penulis pertama. dari dokumen tersebut. Meskipun sel-sel hidup mengontrol produksi biomolekul dengan mesin canggih mereka, blok molekuler dan supramolekul pertama kehidupan mungkin diciptakan oleh kimia murni dan tanpa katalisis enzimatik. Untuk studi mereka, para ilmuwan menyelidiki pembentukan pasangan nukleobase yang bertindak sebagai unit pengenalan molekul dalam asam deoksiribonukleat (DNA).

Campuran empat nukleobasa

Dari campuran keempat nukleobasa tersebut, pasangan A: T muncul pada suhu sekitar 100 derajat Celcius dan pasangan G: C terbentuk pada suhu 200 derajat Celcius. Kredit: Institut Ruđer Bošković, Ivan Halasz

Kode genetik kita disimpan dalam DNA sebagai urutan spesifik yang dieja oleh nukleobase adenin (A), sitosin (C), guanin (G), dan timin (T). Kode tersebut disusun dalam dua panjang, string yang saling melengkapi dalam struktur heliks ganda. Dalam rantai, setiap nukleobase berpasangan dengan pasangan komplementer ke rantai lainnya: adenin dengan timin dan sitosin dengan guanin.

“Hanya kombinasi kawin spesifik yang terjadi dalam DNA, tetapi ketika nukleobase diisolasi, mereka tidak suka terikat satu sama lain. Jadi mengapa alam memilih pasangan basa ini? Penelitian tentang pasangan nukleobase muncul setelah penemuan struktur DNA heliks ganda oleh James Watson dan Francis Crick pada tahun 1953. Namun, cukup mengejutkan bahwa hanya ada sedikit keberhasilan. ketika mencapai pasangan nukleobasa tertentu dalam kondisi yang dapat dianggap masuk akal secara prebiotik.

Bubuk nukleobase dan bola baja

Bubuk nukleobase dan bola baja dalam toples penggilingan. Kredit: Institut Ruđer-Bošković, Tomislav Stolar

“Kami telah menjelajahi jalur yang berbeda,” lapor rekan penulis Martin Etter dari DESY. “Kami mencoba mencari tahu apakah pasangan basa dapat dihasilkan dengan energi mekanik atau hanya dengan pemanasan.” Untuk tujuan ini, tim mempelajari nukleobasa termetilasi. Memiliki kelompok metil (-CH3) melekat pada masing-masing nukleobasa, pada prinsipnya, memungkinkan mereka untuk membentuk ikatan hidrogen di samping sisi molekul Watson-Crick. Nukleobasa termetilasi terjadi secara alami di banyak organisme hidup di mana mereka melakukan berbagai fungsi biologis.

Di laboratorium, para ilmuwan mencoba menghasilkan pasangan nukleobasa dengan menggiling. Bubuk dari dua nukleobase dimasukkan ke dalam wadah gerinda bersama dengan bola baja yang berfungsi sebagai media gerinda, sedangkan toples tersebut dikocok secara terkontrol. Eksperimen tersebut menghasilkan pasangan A: T yang juga telah diamati oleh ilmuwan lain sebelumnya. Namun, penggilingan tidak mencapai pembentukan pasangan G: C.

Pada langkah kedua, para peneliti memanaskan bubuk sitosin dan guanin. “Sekitar 200 derajat CelsiusFaktanya, kami dapat mengamati pembentukan pasangan sitosin-guanin, “lapor Stolar. Untuk menguji apakah basa hanya membentuk pasangan yang diketahui dalam kondisi termal, tim tersebut mengulangi eksperimen dengan campuran tiga dan empat nukleobasa di stasiun pengukuran P02.1 dari sumber sinar-X DESY PETRA III Di sini struktur kristal rinci dari campuran selama pemanasan dapat dikontrol dan pembentukan fase baru dapat diamati.

“Pada suhu sekitar 100 derajat Celcius, kami dapat mengamati pembentukan pasangan adenin-timin dan, pada sekitar 200 derajat Celcius, pembentukan pasangan guanin dan sitosin Watson-Crick,” kata Etter, kepala stasiun pengukuran. “Tidak ada pasangan basa lain yang terbentuk bahkan ketika dipanaskan lebih jauh hingga meleleh.” Hal ini menunjukkan bahwa reaksi termal dari pasangan nukleobasa memiliki selektivitas yang sama seperti pada DNA.

“Hasil kami menunjukkan kemungkinan rute alternatif tentang bagaimana pola pengenalan molekuler yang kami amati dalam DNA bisa terbentuk,” tambah Stolar. “Kondisi percobaan masuk akal untuk bumi muda yang merupakan kawah gunung berapi yang panas dan mendidih, gempa bumi, tumbukan meteorit dan segala macam peristiwa lainnya. Hasil kami membuka banyak jalan baru untuk penelitian tentang asal mula kimiawi kehidupan. ”Tim berencana untuk menyelidiki lebih lanjut rute ini dengan eksperimen lanjutan di P02.1.

Referensi: “Selektivitas spesifik DNA dalam pasangan model nukleobase dalam keadaan padat” oleh Tomislav Stolar, Stipe Lukin, Martin Etter, Maša Rajić Linarić, Krunoslav Užarević, Ernest Meštrović dan Ivan Halasz, 9 September 2020, Komunikasi kimiawi.
DOI: 10.1039 / D0CC03491F

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Genom manusia modern tertua, direkonstruksi menggunakan DNA tengkorak berusia 45 tahun

Tengkorak dari Gua Zlatyk dekat Praha ini adalah milik orang modern paling awal yang diketahui di Eropa. Penulis: Marek Jantach Tengkorak fosil seorang wanita...

Peralihan rahasia yang luar biasa terbuka yang dapat merevolusi pengobatan serangan jantung

Para peneliti di Victor Chang Institute for Heart Research di Sydney telah menemukan gen baru yang penting yang kami harap dapat membantu jantung manusia...

Newsletter

Subscribe to stay updated.